Desentrañando los misterios de una antigua explosión estelar

Las observaciones de Gemini Norte permiten un gran avance en un esfuerzo centenario por revelar un misterio astronómico ancestral

24 Noviembre 2020

Un equipo internacional de astrónomos descubrió que la nova CK Vulpeculae, vista por primera vez como una estrella brillante en 1670, está aproximadamente cinco veces más lejos de lo que se pensaba anteriormente, gracias a observaciones realizadas con el instrumento GNIRS en el telescopio de Gemini Norte, en Hawai’i. Esto significa que la explosión de CK Vulpeculae de 1670 fue mucho más energética de lo que se estimaba, situándola en una clase de objeto misterioso demasiado brillante para ser considerado como una explosión de nova, pero no lo suficiente como para ser una supernova.

Hace unos 350 años atrás, el monje francés Anthelme Voituret vio aparecer una estrella brillante en la constelación de Vulpecula. Durante los meses siguientes, la estrella llegó a ser casi tan brillante como Polaris (la Estrella Polar) y fue monitoreada por alguno de los principales astrónomos de la época hasta que desapareció de la vista después de un año [1]. La nueva estrella paulatinamente fue conocida como CK Vulpeculae y fue considerada por mucho tiempo como el primer ejemplo documentado de una nova, es decir, un evento astronómico fugaz producto de una explosión en un sistema estelar binario, en el cual uno de los miembros corresponde a una enana blanca, el remanente de una estrella similar al Sol. Sin embargo, una serie de resultados recientes ponen en duda la antigua clasificación de CK Vulpeculae como una nova.

En 2015, un equipo de astrónomos sugirió que la aparición de  CK Vulpeculae en 1670 fue el resultado de dos estrellas normales pasando por una colisión cataclísmica. Poco más de tres años después, los mismos astrónomos propusieron además que una de las estrellas era de hecho una enorme estrella gigante roja, luego del descubrimiento de un isótopo radiactivo de aluminio en las inmediaciones del lugar de la explosión de 1670. Para complicar aún más este tema, un grupo distinto de astrónomos propuso una interpretación diferente. En su estudio, también publicado en 2018, sugirieron que el repentino brillo de 1670 fue el resultado de una fusión entre una enana marrón —una estrella fallida muy pequeña para brillar mediante fusión termonuclear, como la que alimenta al Sol— y una enana blanca.

Ahora, para añadir más misterio al que rodea a CK Vulpeculae, nuevas observaciones del Observatorio internacional Gemini, un programa de Observatorio AURA y NOIRLab de NSF, revelan que este enigmático objeto astronómico está mucho más lejos y expulsa gas a velocidades mucho más altas de lo que se informó anteriormente.

El equipo, liderado por Dipankar Banerjee del Physical Research Laboratory Ahmedabad, de India; Tom Geballe de Observatorio Gemini; y Nye Evans de Keele University en el Reino Unido, inicialmente planearon usar el instrumento Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS por sus siglas en inglés) en el telescopio de Gemini Norte en Mauna Kea, Hawaii para confirmar la detección de aluminio radiactivo de 2018, en el corazón de CK Vulpeculae [2]. Después de darse cuenta que detectar esto en el infrarrojo sería mucho más difícil de lo que originalmente pensaron, los astrónomos improvisaron y obtuvieron observaciones de infrarrojo en toda la extensión de CK Vulpeculae, incluidas los dos fragmentos nebulosos en sus bordes más externos.

“La clave de nuestro descubrimiento fueron las mediciones de GNIRS obtenidas de los bordes externos de la nebulosa”, señala Geballe. "La firma de los átomos de hierro con corrimiento al rojo y al azul detectados allí muestra que la nebulosa se está expandiendo mucho más rápidamente de lo que habían sugerido observaciones anteriores". [3]

Como explica el autor principal y astrónomo Banerjee, “No sospechábamos que esto era lo que íbamos a encontrar. Fue emocionante cuando encontramos algo de gas viajando a una velocidad inesperadamente alta de aproximadamente 7 millones de km/hora. Esto nos insinuó una historia diferente de lo que habíamos teorizado acerca de CK Vulpeculae".

Al medir la velocidad de expansión de la nebulosa y el movimiento de los fragmentos exteriores durante los últimos 10 años, —y tomando en cuenta la posición de la nebulosa en el cielo nocturno, que había sido estimado por otros—, el equipo determinó que CK Vulpeculae se encuentra aproximadamente a 10 mil años luz de distancia del Sol, es decir, alrededor de cinco veces más lejos de lo que se pensaba anteriormente [4]. Esto implica que la explosión de 1670 fue mucho más brillante y expulsó aproximadamente 25 veces más energía que lo estimado. Esto significa que cualquier evento causado por la aparición repentina de CK Vulpeculae en 1670 fue mucho más violento que una simple nova. 

“En términos de energía liberada, nuestro descubrimiento sitúa CK Vulpeculae entre una nova y una supernova”, comentó Evans. “Es uno de los pocos objetos de este tipo en la Vía Láctea y la causa —o causas— de las explosiones de este tipo de objetos intermedios continúa siendo un misterio. Creo que todos sabemos lo que CK Vulpeculae no es, pero nadie sabe lo que es”.

La apariencia visual de la nebulosa CK Vulpeculae y las enormes velocidades observadas por el equipo podrían ayudar a los astrónomos a reconocer las reliquias de eventos similares que han ocurrido en nuestra Vía Láctea o en galaxias externas en el pasado.

“Es difícil en esta etapa ofrecer una explicación definitiva y convincente del origen de la aparición de CK Vulpeculae en 1670. Aún después de 350 años del descubrimiento de Voituret, la naturaleza de la explosión continúa siendo un misterio”, concluyó Banerjee.

Notas

[1] Entre los astrónomos del siglo 17 que observaron la nueva estrella brillante CK Vulpeculae  se encontraban el distinguished alcalde, cervecero y astrónomo polaco Johannes Hevelius y el astrónomo Franco-Italiano Giovanni Domenico Cassini, quien descubrió cuatro de las lunas de Saturno. Luego que el cuerpo celeste desapareciera del cielo en 1671, hubo numerosos intentos infructuosos por observarlo durante varios siglos, algunos por parte de destacados astrónomos como Halley, Pickering y Humason.

[2] Un espectrógrafo es un instrumento que separa la luz de un objeto astronómico en las longitudes de onda que lo componen, lo que permite medir la composición del gas que emite la luz, su velocidad y otros aspectos.

[3] Al igual que la sirena de una ambulancia cambia dependiendo de si el vehículo se acerca o se aleja, los objetos astronómicos cambian de color dependiendo de si están acercándose o alejándose del observador. Los objetos que se alejan de la Tierra se vuelven más rojos (por lo cual se le conoce con el nombre de “corrimiento al rojo”), en tanto que se acercan se vuelven más azules (también conocido como “desplazamiento al azul").

[4] El brillo de un objeto es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de un observador. En el caso de CK Vulpeculae, si la explosión de 1670 occurrió cinco veces más lejos, entonces debió ser 52 = 25 veces más brillante.

Más Información

Esta investigación se presenta en el artículo científico Near-Infrared Spectroscopy of CK Vulpeculae: Revealing a Remarkably Powerful Blast from the Past que aparece en el Astrophysical Journal Letters.

El equipo estaba compuesto por D. P. K. Banerjee (Astronomy & Astrophysics Division, Physical Research Laboratory Ahmedabad), T. R. Geballe (Gemini Observatory/NSF’s NOIRLab), A. Evans (Lennard Jones Laboratories, Keele University), M. Shahbandeh (Department of Physics, Florida State University), C. E. Woodward (Minnesota Institute for Astrophysics, University of Minnesota), R. D. Gehrz (Minnesota Institute for Astrophysics, University of Minnesota), S. P. S. Eyres (Faculty of Computing, Engineering, and Science, University of South Wales), S. Starrfield (School of Earth and Space Exploration, Arizona State University), y A. Zijlstra (Jodrell Bank Centre for Astrophysics, University of Manchester).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.

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Esta es una traducción del Comunicado de Prensa de NOIRLab noirlab2029.